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用DSP實(shí)現功率因數校正
作者：
時(shí)間：2012-01-16
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
根據國家《強制性產(chǎn)品認證管理規定》、《強制性產(chǎn)品認證標志管理辦法》、《第一批實(shí)施強制性產(chǎn)品認證的產(chǎn)品目錄》的規定，自2003年5月1日起，列入《目錄》內的產(chǎn)品未獲得強制性產(chǎn)品認證證書(shū)和未加施中國強制性產(chǎn)品認證標志不得出廠(chǎng)銷(xiāo)售、進(jìn)口和在經(jīng)營(yíng)性活動(dòng)中使用?？照{器也在《目錄》之內。而變頻空調要通過(guò)中國強制認證（簡(jiǎn)稱(chēng)“3C”），諧波電流必須滿(mǎn)足國家標準GB17625.1-1998《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值（設備每相輸入電流≤16A）》的規定要求。目前國內的絕大多數變頻空調都采用在直流通路中加電感的同時(shí)，給其并聯(lián)電容，這種方法功率因數有所改善，但諧波電流仍不能滿(mǎn)足國家標準要求。有源功率因數校正（APFC）技術(shù)的采用，能有效地解決這個(gè)問(wèn)題。本文介紹了利用數字信號處理器（DSP）實(shí)現APFC的完全數字化控制。
眾所周知，由于橋式整流電容濾波電路的電源輸入端電流不再是呈正弦波形，而呈幅值很高的不連續的尖峰脈沖，因而其基波成份很小，而高次諧波非常豐富，諧波總含量相當可觀(guān)，電路的功率因數很差。國家正越來(lái)越嚴厲地限制低功率因數設備進(jìn)入市場(chǎng)。在過(guò)去的十幾年中，很多公司開(kāi)發(fā)了許多解決APFC問(wèn)題的專(zhuān)用元器件，這將增加設備的成本?，F在，又研制出了低成本的DSP，DSP帶有很多功能，象ADC（模數轉換器）、PWM（脈寬調制器）、PIO（可編程輸入輸出口），從而能夠完成很多實(shí)時(shí)控制，并能夠替代上述的專(zhuān)用PFC元器件。換言之，整個(gè)解決方案利用數字控制，節省元器件，提供更多的靈活性，并能實(shí)現非線(xiàn)性和復雜的控制。而且所有這些都不必更改硬件。
2 功率因數
線(xiàn)路功率因數定義為有功功率與視在功率之比值，即
PF=P/S=P/Vrms×Irms
其中，P為有功功率（W） S為視在功率（VA）
PF值大小在0與1之間。如果負載是純阻性負載，則有功功率與視在功率相等，PF等于1；反之，PF小于1。功率因數控制就是想辦法使PF等于1。
電子設備的輸入功率
Pin(t)=∫Vin(t)×Iin(t)×dt
假如Vin(t)=Vi×Sin(ωt),且PF=1，則
Iin(t)=Iin×Sin(ωt)
其中 Iin=iL=γio·Vin (γio是一個(gè)比值)，則
Iin(t)=(γio·Vin)·Sin(ωt)
3 DC-DC轉換器
對于PFC，電路拓撲多種多樣。每個(gè)DC/DC轉換器有兩個(gè)基本的工作模式：DCM（非連續工作模式）和CCM（連續工作模式）。在非連續工作模式中，電感電流在每個(gè)PWM周期將會(huì )達到零；而對于連續工作模式，電感電流在每個(gè)PWM周期從不達到零。非連續模式轉換器適于低功率應用，而連續模式轉換器適于中、高功率應用。在我們的PFC應用中，升壓轉換器采用平均電流模式控制。
為了控制PFC，需要一個(gè)合適的PFC模型去完成控制算法。這里給出一個(gè)簡(jiǎn)單的工作在連續模式的升壓轉換器的模型。結果如下：
Gid(s)=iL(s)/d(s)≈Vo/(S·L)
iL(s)為電感電流變化 d(s)為變化的占空比
Vo為輸出電壓 L為電感大小
在進(jìn)入CCM之前，升壓轉換器工作在DCM階段，兩個(gè)階段的傳遞功能不一樣，但由于增益較低，從而在達到穩定性之前，不會(huì )出現什么問(wèn)題。因此，Gid代表有用的傳遞功能，去調節電流控制環(huán)路。對于電壓控制環(huán)路，輸出電壓的反饋補償網(wǎng)絡(luò )與反饋電流回路一樣重要?，F在，對輸入正弦波電壓的一個(gè)完整的半周期做等效的、小信號的解析。假設輸入電流被控制，跟蹤分壓后的輸入電壓波形，結果如下：
Gvo(s)=vo/vc=gc·(ro//Ro)/(1+S·Co·ro//Ro)
因此，Gvo(s)代表有用的傳遞功能，去調節電壓控制回路。
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